Jakie są przyczyny większych strat w synchronicznych generatorach w porównaniu do silników indukcyjnych?

Chociaż zarówno synchroniczne generatory (Synchronous Generators) jak i indukcyjne silniki elektryczne (Induction Motors) działają na zasadzie elektromagnetycznej indukcji, różnią się one strukturą i zasadami działania. Te różnice powodują, że synchroniczne generatory mają zwykle większe straty w porównaniu do indukcyjnych silników elektrycznych. Poniżej przedstawiono szczegółową analizę przyczyn:

1. Straty w systemie wzbudzenia

• Synchroniczny generator: Synchroniczne generatory wymagają niezależnego systemu wzbudzenia do generowania pola magnetycznego wirnika. Ten system zwykle obejmuje wzbożnik, prostownik i powiązane obwody sterujące, które zużywają energię i przyczyniają się do dodatkowych strat.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Indukcyjne silniki elektryczne generują pole magnetyczne wirnika poprzez indukcję z pola magnetycznego stojana, eliminując potrzebę niezależnego systemu wzbudzenia i tym samym zmniejszając tego typu straty.

2. Straty w rdzeniu

• Synchroniczny generator: Straty w rdzeniu (w tym straty histeresowe i wirowe) w synchronicznych generatorach są zwykle wyższe. Wynika to z faktu, że synchroniczne generatory mają silniejsze pola magnetyczne, a materiały rdzenia zarówno wirnika, jak i stojana muszą wytrzymać wyższe gęstości natężenia pola magnetycznego.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Straty w rdzeniu w indukcyjnych silnikach elektrycznych są stosunkowo niższe ze względu na słabsze pola magnetyczne i niższe gęstości natężenia pola magnetycznego.

3. Straty miedziane

• Synchroniczny generator: Obręcze stojana i wirnika synchronicznych generatorów są zwykle dłuższe i mają więcej zwinięć, co prowadzi do wyższego oporu i w konsekwencji wyższych strat miedzianych.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Obręcze indukcyjnych silników elektrycznych są zazwyczaj bardziej zwarte i mają niższy opór, co prowadzi do niższych strat miedzianych.

4. Straty aerodynamiczne

• Synchroniczny generator: Synchroniczne generatory, zwłaszcza te używane do dużomobilnej produkcji energii, mają większe wirniki. Straty aerodynamiczne (znane również jako straty mechaniczne) generowane podczas obrotu są wyższe.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Indukcyjne silniki elektryczne mają mniejsze wirniki, co prowadzi do niższych strat aerodynamicznych.

5. Straty w łożyskach

• Synchroniczny generator: Obciążenia łożysk w synchronicznych generatorach są wyższe, szczególnie w dużych generatorach, co prowadzi do wyższych strat tarcia.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Obciążenia łożysk w indukcyjnych silnikach elektrycznych są stosunkowo mniejsze, co prowadzi do niższych strat tarcia.

6. Straty w systemie chłodzenia

• Synchroniczny generator: Duże synchroniczne generatory wymagają skutecznych systemów chłodzenia, aby utrzymać bezpieczne temperatury pracy. Te systemy chłodzenia same zużywają energię, dodając do całkowitych strat.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Indukcyjne silniki elektryczne mają prostsze systemy chłodzenia, co prowadzi do niższych strat.

7. Straty w systemach prędkości i sterowania

• Synchroniczny generator: Synchroniczne generatory są zwykle używane w systemach produkcyjnych energii i wymagają skomplikowanych systemów prędkości i sterowania, aby utrzymać stabilną częstotliwość i napięcie wyjściowe. Te systemy sterowania zużywają energię.

• Indukcyjny silnik elektryczny: Indukcyjne silniki elektryczne są zwykle używane do napędzania obciążeń mechanicznych i mają prostsze systemy prędkości i sterowania, co prowadzi do niższych strat.

Podsumowanie

Straty w synchronicznych generatorach są ogólnie większe niż w indukcyjnych silnikach elektrycznych z następujących powodów:

• Straty w systemie wzbudzenia: Synchroniczne generatory wymagają niezależnych systemów wzbudzenia, co zwiększa zużycie energii.

• Straty w rdzeniu: Synchroniczne generatory mają wyższe natężenia pól magnetycznych i gęstości natężenia pola magnetycznego, co prowadzi do wyższych strat w rdzeniu.

• Straty miedziane: Obręcze synchronicznych generatorów mają wyższy opór, co prowadzi do wyższych strat miedzianych.

• Straty aerodynamiczne: Synchroniczne generatory mają większe wirniki, co prowadzi do wyższych strat aerodynamicznych.

• Straty w łożyskach: Synchroniczne generatory mają wyższe obciążenia łożysk, co prowadzi do wyższych strat tarcia.

• Straty w systemie chłodzenia: Synchroniczne generatory wymagają skutecznych systemów chłodzenia, które zużywają dodatkową energię.

• Straty w systemach prędkości i sterowania: Synchroniczne generatory wymagają skomplikowanych systemów prędkości i sterowania, które zużywają energię.